基于学科核心素养的单元整体教学设计——以高三化学“无机综合实验复习”为例

广东 张 鸽

化学课程的学习内容和学习活动对于学科核心素养的形成和发展具有不可替代的重要作用。高中化学课程的基本理念之一是要重视开展以素养为本的教学，倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动，促进学生学习方式的转变，培养学生的创新精神和实践能力。

无机综合实验不仅是高考的必考内容，而且是促进高中学生全面发展核心素养不可或缺的途径。此部分内容复习涉及板块多、内容泛，漫无目的地题海演练只会事倍功半。怎样才能提高复习效率呢，笔者认为，在高三无机综合实验复习中，教师必须能够看到具体知识背后的大概念，围绕大概念组织教学，揭示教学内容之间的联系，从而解决知识碎片化的问题。指向学科核心素养的大单元设计是学科教育落实立德树人、发展素质教育、深化课程改革的必然要求，也是学科核心素养落地的关键路径。本文旨在通过单元整体教学设计，将高中化学无机综合实验的常见考查方式进行融会贯通，帮助学生在完成任务的同时建立思维模型，提高学生解决复杂化学情境问题能力和综合实验探究能力。

一、单元整体教学设计背景

如表1所示通过分析和总结近几年全国卷Ⅰ的实验试题，可发现近年全国卷实验题目情境比较新颖，考查内容和考查方式丰富多样，既有物质制备与净化的实验考查，又有定性探究和定量分析物质组成实验的考查。

表1 2015—2019年全国卷Ⅰ实验试题

纵观上述2015—2019年高考全国卷Ⅰ的无机综合实验题目，并融合其他高考试题，笔者对高考化学实验题目的考查形式进行总结如图1所示。

图1 近年高考化学无机综合实验题目常见考查形式

通过分析可知，无论题目的情境如何设置，考查内容如何变换，无机综合实验题目主要围绕证据推理与模型认知、科学探究与创新意识这两方面对学生的化学学科核心素养进行考查。此类试题主要考查形式可分为物质制备型、成分/性质探究型和定量分析型三大类，在具体的题目中，可能以其中两种或者三种类型共同考查的方式呈现。

化学学科既从宏观上研究物质的性质，又从微观上研究物质的组成和结构，以揭示物质性质的本质和规律。针对物质制备型实验，笔者根据目标产物化学性质的不同，从学科大概念的角度将其分为还原性物质制备、氧化性物质制备、易水解型物质制备和不稳定型物质制备等。对于探究型实验，根据探究成分的不同可分为气体成分探究、固体成分探究和溶液成分探究三大类。其中，气体成分探究又可分为单一气体成分探究和混合气体成分探究。定量分析型实验，依据测量方法的不同可分为质量法、气体法和滴定法。

本文进行无机综合实验复习单元整体教学设计，旨在学科大观念的统领下，建立零碎知识点的逻辑关系，启发学生深度思考，帮助学生建立思维模型，提升学生实验探究能力，落实学科核心素养。

二、无机综合实验复习教学单元建构

(一)无机综合实验复习教学单元规划总模型

单元整体教学往往围绕一个主题进行研究学习，突出内容和过程的联系性和整体性，无机综合实验复习作为一个教学单元，教学视野应该从单课时的微观范畴转向更为宽阔的单元宏观范畴，设置有思维梯度的学习任务，通过注重学科核心素养培养的阶段性和层次性，可持续地发展学生的学科核心素养。无机综合实验复习教学单元规划总模型如图2所示。

图2 无机综合实验复习教学单元规划总模型

(二)无机综合实验复习教学单元课时划分

无机综合实验考查的主要内容涉及仪器名称、原料预处理、装置的连接顺序、试剂选择、核心反应方程式书写、分离提纯操作、实验现象描述、原因解释、定量计算、实验方案设计等方面。本单元在前期复习了《铁及其化合物》的必备知识的基础上，以含铁化合物的制备为情境，侧重对易水解型和还原性两种物质的制备模型进行阐述和探究，并通过项目式综合实验水合硫酸亚铁的制备与性质探究进阶到复杂情境的实验探究与模型建构。

本单元将无机综合实验复习划分为如表2所示的3个课时：第1课时是易水解型物质的制备模型的建构，第2课时是还原性物质制备模型的建构，第3课时是项目式综合实验模型的建构。3个课时围绕素养目标层层递进，逐步深入。

表2 无机综合实验复习

三、无机综合实验复习教学单元目标设计

(一)无机综合实验复习教学单元总目标

表3 无机综合实验复习教学单元总目标

(二)无机综合实验复习教学单元课时目标

表4 无机综合实验复习教学单元课时目标

续表

四、无机综合实验复习教学起点分析

表5 无机综合实验复习教学起点分析

五、无机综合实验复习单元教学情境、问题、活动、思维进阶设计

图3 无机综合实验复习单元教学设计

第1课时以氯气的制备为基础，引出实验室制备漂白液的装置，总结有气体参与的物质制备的一般模型；由无水FeCl3制备的实验装置设计、评价，总结易水解型物质制备的特殊模型为气体发生装置→除杂装置→干燥装置→主体反应装置→收集装置→干燥装置→尾气处理装置；最后由SOCl2制备的问题解决诊断学生运用模型的能力。

第2课时在第1课时对实验基本装置熟练的基础上，进行Fe(OH)2制备实验装置的改进，熟悉压强原理在物质制备实验的应用，熟练装置连接、试剂选择、操作先后顺序，建构还原性物质制备模型为排尽装置内空气→检验装置内空气是否除尽→保护还原性产物；最后运用高考真题“醋酸亚铬的制备”实验运用模型，解决复杂真实情境问题，锻炼学生的关键能力。

第3课时在前两课时已经熟练掌握物质制备模型的基础上，进行水合硫酸亚铁制备与性质探究实验。在物质制备实验基础上，提升学生物质分离提纯的分析能力；通过水合硫酸亚铁中结晶水含量测定实验设计，理解结晶水含量的意义，形成定量分析方法思路，锻炼学生的定量探究能力；通过水合硫酸亚铁热分解气体产物成分探究，引导学生建立混合气体检验的思路模型：确定检验顺序→排除干扰因素→药品选择→安全绿色，提高实验探究能力；通过水合硫酸亚铁热分解固体产物成分探究，引导学生建立水合晶体热重分析的基本思路模型：以质量不变元素为研究对象→根据比例关系求出摩尔质量M→根据M确定分解产物；最后通过习题“水合草酸亚铁制备与性质探究”，进一步巩固与提升学生知识迁移与运用模型的能力。

六、无机综合实验复习教学单元“教、学、评”一体化设计

表6 教学单元“教、学、评”一体化设计

七、无机综合实验复习单元整体教学设计反思

高三化学无机综合实验复习单元整体教学设计，在学生已有知识储备的基础上，对知识进行重新梳理、整合、提炼。这样的设计避免了传统课时教学中知识点的孤立学习和机械学习，有利于教学过程的设计和实施，提高了教学质量和效率。本单元以物质制备和性质探究实验为情境背景，促进学生在熟悉物质性质的基础上进行方案设计和实验探究，重在引导学生建构综合实验题目中的实验模型、培养学生的探究能力和创新精神，全面提升学生的化学学科核心素养，为后续解决真实复杂情境问题打下坚实基础。

八、无机综合实验复习单元整体作业设计

【作业主题】

项目研究：水合草酸亚铁的制备与性质探究

科学情境：锂离子电池作为一种新型高能绿色电源，具有工作电压高、比能量大、循环寿命长、自放电率低、适温范围宽、无记忆效应及对环境友好等优点。近年来，智能手机、储能装置、电动汽车、电动自行车等便携储能设备的发展促使锂电行业飞速发展。草酸亚铁作为合成锂离子电池正极材料磷酸铁锂的原材料，已经引起人们的广泛关注。随着磷酸铁锂动力电池在新能源汽车和储能电池方面的大力开发和广泛应用，其原材料草酸亚铁的市场也急剧扩大，市场前景十分广阔。接下来我们研究锂离子电池的原材料水合草酸亚铁。

【题1】水合草酸亚铁的制备

利用所给化学试剂及信息，设计合适的流程制备FeC2O4·xH2O

提供的试剂：(NH4)2Fe(SO4)2、稀H2SO4、草酸、Na2C2O4溶液、蒸馏水

提供信息：(1)草酸亚铁晶体为淡黄色粉末，难溶于水，溶于稀酸

(2)pH>4时，Fe2+易被氧气氧化

【题2】水合草酸亚铁的组成测定

提供的试剂：FeC2O4·xH2O、稀硫酸、稀盐酸、酸性KMnO4溶液、KSCN溶液、CaCl2溶液

2.定量测定FeC2O4·xH2O的结晶水含量：用滴定法确定FeC2O4·xH2O的结晶水含量

【题3】水合草酸亚铁分解产物探究

研究FeC2O4·xH2O热分解的气体产物

提供信息：草酸亚铁晶体热分解的气体产物为H2O、CO、CO2

检验装置设计时应考虑哪些问题？